JPS5883112A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は給湯器、暖房器などでファンを用いた強制空気
供給方式の・燃焼装置に関するものである。

本発明の目的は以下のと、１．・りで、１りる。

（月　燃・焼室負荷が１０７＊、Ｉ、／ｈ・・ｆ゛４−
グの高負荷燃焼を実現し、燃焼装置の小’、’ｉす化イ
、・図る。

（２）給湯器や暖房’／＋’ｒｉの使いＳ丁゛を向ト＼
せろため、燃焼量が広範囲で変化１．ても１゛Ｏｒな燃
４：＋’７、の糾持を図る。

（３）燃焼装置を簡η１な］−１１１１成にするどとも
に、ファンも含めた燃り１ｔ　ｘ：÷システｌ、全体１
．７’）小僧化イじ図る。

（４）安全燃焼領域の拡大に、１、り燃＋１り）′気１
＋ｉ：　：ｌｉ制御を容易にする。

一般の家庭用燃ＩＩＪｒ、器共に」、・いて、バーすの
炎口から噴出された予混合気シ１−１炎１−１１に一次
炎を形成し、その下流域に周囲の空気を４（，１，き込
んで燃焼する二次炎が形成される３、−股に炭化水素燃
＄１では二次炎はＣＯやＨ２を多１ｊ１−に３右・４、
燃成外の酸化過程で、酸素供給はいわゆるエントレイメ
ント（周囲空気巻き込み）と分子拡ｊｊＪＩによってお
こるため反応速度も遅く、火炎は後流に向かって長く伸
びる。−・次空気比を増ずど反応１７：ｌ−、＆５、ど
んど−次炎で生じるため、二次炎が短くなる。−法学気
を増して理論空気量を越えた燃焼いわゆる全−次燃焼で
は二次炎がほとんどみられなくなるが、反面振動燃焼を
発生し易く、又火炎が炎口に密着するため炎口が加熱さ
れフラッジコバツクを生じ易くなる。さらに給湯や暖房
においては使い勝手の向」−のため、季節による水温や
気温の変化゛に対応して燃焼量を大きく可変することが
要求される。即ち良好な燃焼状態を維持できる最大燃焼
量と最小燃焼量の比、いわゆるＴ　Ｄ　Ｒ（Ｔｕｒｎ　
Ｄｏｗｎ　Ｒａｔｉｏ）を大きくとることが要求される
。しかし全−次燃焼では通常のブンゼン燃焼と比較する
と、フラッシュバックとブローオフで制約される安定燃
焼範囲は一次空気比が大きいため極めて小さく、宿命的
にＴＤＲを大きくとれないという欠点を有している。

一方、−法学気量を理論空気量以下に設定されたいわゆ
るブンゼン燃焼では前述の燃焼範囲が広く、従ってＴＤ
Ｒを大きくとるととができる。１７かし二次炎が長く延
びるため、とのま１では高負荷燃焼を実現できんい。そ
こで火炎に゛ノγンなどを用いて強制的に二次空気を送
り込み、燃焼反応を促進させ短炎化を図って高ｉ’ｈ、
　（：ｊ燃１；＋’（、を実現させようという試みが従
来なされてき〕こ。二次空気の火炎への強制供給手段と
しては、 （１）供給された二次空気流を、燃焼室内に設けた絞り
部やガイド板で偏向させて火炎に空気を供給するもの。

（２）・燃焼室周辺部に、二次空気室を設けて燃焼室に
連通ずる開口部より火炎に向けて空気を噴射供給するも
の。

などがある。

」−記（１）の従来例としては第７図１に示す如き燃焼
装置がある。この装置はバー９゛１０１の近傍に、ファ
ン１０２より供給された二次空気をガイド板１０３によ
って偏向させ火炎に空気イ、−強制供給するものである
。この場合構成上、二次空気を火炎（二次炎）中心部捷
で供給し短炎化イ【：図る／こめには、風量を多くして
流速をにげるか、ガイド板１０３により通路面積の絞り
比を大きくしなければならない。風量を多くするとバー
ナ１０１の火炎基部にも高速の空気が供給され、リフト
を起こし易くなり火炎の安定性が低下するとともに、給
湯器などでは、多量の空気のために熱交換器に達する燃
焼ガス温度が低下し、熱交率が下がってしまう。一方火
炎近傍までガイド板１０３を設は絞り比を大きくしだ場
合、ガイド板１０３は高温となるだめその材質や耐久性
が問題となる。従っである程度の短炎化は達成されるが
、このままでは１０’Ｗ／ｈｄオーダの高負荷燃焼は実
現できない。

また第７図すに示す様にガイド板１０３の代わりに絞り
部１０４を設けたものでは、前述の通路の絞り比が大き
くなくても代わりに火炎の伸長方向に絞り部の長さを大
きくとれば同様の効果が得られる。しかし反面絞り部１
０４の熱容景がその分大きくなり、燃焼量を少くした時
などは火炎を冷却して不完全燃焼を生じ易く々る。特に
燃焼速度の遅い燃料の場合はこの傾向が著しい。従って
この場合ＴＤＲを大きくとることは非常に困難である。

上記し）の従来例どしては第８図に示す燃焼装置がある
。これは燃焼室１０６を形成する内筒１０６内に炎口板
１０７が挿入されて」、・す、内筒１０６の外周には外
筒１０８を設は二次空気室１０９を構成する。ここに供
給された二次空気は内筒１０６に設けられた二次空気噴
１旧］１１０を通り炎口板１ｏ７」二に形成される火炎
の伸長方向に対し直角方向から噴射供給される。この場
合火炎（主に二次炎）に供給される二次空気ｋｌ１、火
炎に対し直角方向から供給されるために未燃成分と二次
空気との混合は比較的狭い領域で行なわれることになる
。

そのため未燃成分と二次空気の混合がやや不十分となり
、かつ燃焼量に対する二次空気流量：が多過ぎる場合に
は火炎を過冷却して不完全燃焼を生じ、過少の場合には
、火炎中央部まで空気が供給されず火炎が伸長し、イエ
ローチップが発生するようになる。従って燃料流量と空
気流１１１：の制御は非常に精度の良いものが要求され
る。」た燃焼量を絞った場合、燃焼は炎口板１０７のご
く近傍で完結するだめに、火炎は炎口板１０７に密着し
てこれを加熱する。従ってここを連灯する混合気温度も
上昇し、燃焼速度が増々犬きくなったりついにはフラッ
シュバックを牛じる。つまりＴＤＲを大きくとることは
できない。さらに址だこの燃焼装置では火炎は炎口板１
０７以外にも二次空気噴出口１１０にも未燃成分による
拡散炎が形成される。

従って内筒１０６が加熱されて高温となり、その耐熱性
や耐久性が問題となると同時に三次空気室１０９内の一
次空気が加熱膨張して二次空気室１０９内圧がに昇する
。よって送風圧力はさらにこの分だけ上昇するためファ
ンは大型のものが要求される。この」：うに、工業用と
して一定燃焼量で運転される場合には高負荷燃焼が実現
されるが、家庭用燃焼器としてＴＤＲ性能・やファンを
含めた小型化が要求される場合には適さない。

さらに上記（２）と同様な工業用燃焼装置の他の実施例
と［７て第９図に示す燃焼装置がある。これはバーナ１
１１の炎口１１２の両側に、燃焼ガス流れの下流方向に
広がった燃焼室１１３を形成する傾斜面１１４をもった
１対の二次空気室１１５を設置、燃焼室１１３　Ｋ連通
Ｌ　テ１：ｔ’ｉ＠ｔ　ｉｌｉ　１１４に、段階状に設
けられた一次空気１−’ｌ　１１６から炎１−１１１２
−１−に形成される火炎に対（、火炎伸長方向に傾斜し
て、段階的に二次空気イｒ・噴射供給するものである。

この場合、二次空気Ｌレノ（炎の伸長方向に傾斜して段
階的に噴’Ｊ、１（ｌｔ：給７＼Ｊ＋：／、、たＭ）、
未燃成分と二次空気との接触お、［：びそＩ’＋、　ｌ
’）の混合は、火炎伸長方向に長い広い領域で行なわれ
るプ（め短炎効果は大きなものと々る。７Ｆ／ζ混合領
域が広く安定燃焼領域も広いだめ、Ｔ　Ｄ　Ｒ（、火き
くとれ燃’ｒ、ｌＬ計に対する二次空気）量制御ｌｌも
第８図の装置の場合程高精度でなくても」：い３、しか
し、炎）１１１２の炎口負荷が高いため、ずなわちＡ１
４合気噴出速度が大きいために、二次空気ｒ’＋　１１
６から火炎に供給される二次空気の噴出速度が太き（ｆ
Ｉ：ければ火炎中央部の未燃成分に二次空気が供給′Ｔ
′きない３．噴出速度が高くなればその一部に比例して
高い送風圧が必要となり、その分）ｌ７口、入をのもの
が要求される。さらに、イＩＸ＋斜面１１４が１八い／
Ｌ−、め火炎ににる加熱を受けや−、１−＜１．にって
゛法学気室１１５の内圧が上昇し、二次空気供給の送風
圧は、上記の炎口負荷が高いことと合わせて非常に大き
なものが要求され、ファンが大型化し、騒音も高くなる
。

以上説明した如く、従来の高負荷燃焼を目的とした燃焼
装置にあってはいずれも高負荷燃焼とＴＤＲの拡大、さ
らにファンも含めた燃焼器全体の小型化、燃料および空
気流量制御の容易性寿どを同時に満足するものではなか
った。

本発明は炎口の中央部に水冷管などの冷却手段を設ける
などして混合気噴出速度を中央部で小さくし、小さい二
次空気の噴出速度でも火炎中央部まで二次空気が供給さ
れるよう構成することに」＝す、安定燃焼範囲の拡大を
図りＴＤＲを広くするどともに、噴出速度を下げ送風圧
を低減してファンの小型化を図るものである。さらに二
次空気を火炎の伸長方向に傾斜して噴射供給することに
より、未燃成分との混合域を広くして安定燃焼領域を拡
大し、前述の炎口構成の効果と合わせて燃料および空気
流量の制御を容易にしかつＴＤＲの拡　０ 大を」；り確実にするものである１、 以下本発明の一実施例について第１図〜第６図に基づい
て説明する。

第１図は本発明の一実施例で給湯：８ｊ；に適用した場
合の縦方向の断面図及び全体図でン（うり、第２図は第
１図の横方向の一断面図である１、第１図、第２図にお
いて構成を説明すると、）ｌン１が給湯器本体２に接続
されており、接続［１３の近傍には一次及び二次空気を
分前供給するｉｊ　Ａ／）の分前仕切板４が設けられて
いる。給湯８汀木什２の１゛端部にはバーナ５がファン
１どの１シ続１−１３にス「＋　−１一部６を向けて設
置されている。ス「＋−１瞥＜（−６に対向して、電磁
弁７．比例弁８に接続さＬｌ、先端部にノズル９を設け
た燃料パイプ１ｏが配設されている。バーナ５の炎ｎ部
１１の中央部には水冷パイプ１２が設けられている。炎
口部１１の両側には燃焼室１３の一部を構成する−７１
の二次空気室１４が設けられている。また前；ｔｌ−ｉ
ニ１次空気室１４にはバーナ６と給湯器本体２とで四重
わ／こ−９次空気通路１５に連通した整流口１６と、卸
２１ｉ１ｉｉ１７に設１１ けられた前記燃焼室１３と連通しだ二次空気噴出口１８
および水冷パイプ１９が設けられている。

燃焼室１３を構成する給湯器本体１２部には熱交換を兼
ねた水管２０が埋め込１：れ、燃焼室１３の燃焼ガス下
流方向に設置された熱交換器２１の水管に連結されてい
る。熱交換器２１の下流には排気口２２が給湯器本体に
接続し７て設けられている。

なお水管２ｏの給水側は一部分岐され、水冷パイプ１２
および１９に冷却水を供給するよう構成されている。ま
た給湯側の一部には湯温を検知するザーミスタ２３が設
けられ、制御部２４と連絡している。

次に上記構成をもつ給湯器の動作について説明する。７
７ン１により供給された燃焼用空気は、分離仕切板４を
通過する際にスロー１・部６に向かう一次空気と、一対
の二次空気通路１６に分割される。まだ燃料は燃料パイ
プ１ｏより、電磁弁７を通過し、比例弁８で所定の流量
に設定された後先端のノズル９よりスロー１・部６に向
けて噴射供給される。上記燃料と一次空気はバーす６内
金通過中に均一混合され、炎口部１１を通り燃焼室１３
に噴出され火炎を形成する。なおこの１１．１ｊ炙Ｉ−
１部１１の中央部には水冷パイプ１２が設けらＪじＣい
るため混合気の噴出速度分布し１−中１丸部が小さくな
ったＶ字型の分布となる。一方二次り）３気、１１１路
１６に供給された二次空気は、整流Ｌ］１６を通って一
次空気室１４内に入り、傾斜部１了に設けられ／ζ−次
空法学出ロ１８を通り前記火炎に向けて傾斜噴出供給さ
れる。燃焼ガスは熱交換器２１で熱交換を行った後排気
口２２から制用される。ｉ：　：ｌ：ｓ水管２゜の給水
側で分岐された水冷管１２］、−よび１９はそれぞれ炎
口１１および二次空気室１４の傾斜部１７を冷却した後
再び水管２ｏに届る。寸ノこ給湯器の水管２０に設けら
れたザーミスタ２１ににす計測されだ湯温信号は制御部
２２に送らＪ］フｔン１と比例弁８を制御して空気お」
：び燃オー１を滴りな：ｊニーたけ供給するように構成
されている。

次に上記・燃焼装置の作用について、第３図〜第６図に
基いて説明する３、バーす６の炎１−１部１１を通って
燃焼室１３内へ噴出さ和る予４１１４合気の噴出３ 速度分布は、炎口１２の中央部に水冷パイプ１２が設け
られているために第３図ａに示す如く、中央部がくぼん
だ凹状分布となる。そのため、二次空気口１８より傾斜
噴出供給される二次空気は、噴出速度が小さくても火炎
の中心部まで供給され、火炎中心部の未燃成分はすみや
かに酸化される。

従って火炎長が非常に短くなるだめ燃焼室１３を小さく
構成した場合でも完全燃焼し、１０　Ｋ、ｒｌ／ｈｎｆ
オーダの燃焼室負荷を実現できる。一方第３図すに示す
如く、炎口１１の中央部が閉塞されていない場合には、
混合気噴出速度分布は中央部にコア領域をもつ台形分布
となる。そのため二次空気噴出口１８より傾斜噴出供給
される二次空気は、噴出速度が小さい場合には火炎中心
部まで二次空気が供給されず、火炎の短炎効果は小さな
ものとなる。第４図ａ、ｂは」二記の相異を、火炎温度
分布で示しだものである。二次空気の噴出速度を一定に
した際、第３図ａの場合には炎口中心部で最高温度を持
つ山形分布を示す。最高温度両側部には±２００°Ｃ以
上の温度変動の激しい領域が存在し、未燃成分の中に、
二次空気が盛んに供給され酸化反応が促進されているこ
とを示す。一方第３図すの場合には炎口両端部に最高温
度域があり、中央部に高温域を持つ台形状分布を示す３
．傾斜噴出供給された二次空気は、炎口両端部に；らる
未燃成分の酸化に大部分が消費され、火炎中心１“？ｌ
（？Ｉｌｌでは二次空気が供給されず、コア領１・友は
下流截寸で存続する。従って火炎長は第３図すの場合ａ
よりも長くなる。まだ二次空気室１４の傾斜部１７に設
けられた二次空気噴出口１８より火炎に供給される二次
空気は傾斜噴出供給されるため未燃成分ど二次空気の混
合域が大きく、安定した燃焼を行う。

さらに傾斜部１７に段階的に設けら、＃ｉ、　ｉ５二次
空気噴出ロ１８により、燃焼計すなわち火炎長さに対応
して段階的に二次空気を供給する／こめＴＤＲが大きく
変化しても安定した火炎を紹侍することができる。また
水冷パイプ１２は炎「１部１１の温度上昇と火炎のフラ
ッシュバックを防＋ｌｔ　Ｌ、水冷パイプ１９は二次空
気室１４の加熱による山川上昇を防止し、ファン１の送
風圧を下げる効果を有し１６ ている。

以１−の説明を要約ｌ〜だものを第６図に示す。ブロー
オフ、フラッシュバックお」二ヒイエローの斜線を施し
た限界線に四重れた領域が安定燃焼領域である。二次空
気を火炎に弓吊制的に供給することにより、イエロー限
界は通常のブンゼン虚の場合よりも量論比φ犬の方向に
後退し、安定・燃焼範囲は少しずつ拡大される。従来例
人で示しだものが第７図ａ、ｂの構成をもつもののイエ
ロー限界線であり、従来例Ｂで示１７だものが第８図、
第９図の構成をもつ燃焼装置におけるイエロー限界線で
ある。従来例Ｂで示した場合と同じ二次空気噴出速度に
おける本発明の燃焼装置のイエロー限界線は前記従来例
の場合」＝すも大幅に後退し、安定燃焼範囲は非常に大
きくなる。このだめに、−次および二次空気流量と燃料
流針の制御は多少阻くても、火炎は安定燃焼を維持でき
る。従って制御は非常に容易に行なうことができる。

なお第６図に示す如く、炎口部１１を山形に成形し、混
合気の噴出方向を二次空気噴出方向に対向させれば二次
空気の火炎への噴出量）■シ１、小さくても十分火炎中
心部寸で供給される１、従ってファンの小型化と安定燃
焼範囲拡大の効果は一層高められる。

以上の説明から明らかな、１：うに不′発明の燃焼装置
によれば以下の効果が１１ｔられる１、（１）炎口部の
中央部に水冷パイプＡ二どの冷却手段を設け、混合気噴
出量を中央部−Ｃ少々く、二次空気噴出口側に近い１ｉ
ＹＩ紋ｉｄγ１１〜で多くなるように構成することによ
り、炎口部の両側で温度変動が激しく、未燃成分の酸化
反応が大幅に促進される領域を作るとともに火炎中心部
の未燃成分の量も少いため火炎中心部への二次り）り気
の供給が容易となりコア領域が早く消失し、て匁１炎化
を実現し、高負荷燃焼と燃１：Ｘ＋：室の小１１１１化
が図られる。

（２）二次空気を火炎に対１７傾斜噴出４ｊ（給し、未
燃成分ど二次空気との混合領域を火杏伸長方向に従って
火炎中心部−まで大幅に拡大するとともに、二次空気室
の傾斜部に段階的に設＆−Ｊられ／こ二次空気噴出「１
から段階的に火炎のＪ（さに対応して領域を大きく後退
さぜるとともに、炎口部に冷却手段を設けることによる
フラノシーバック防１１−に」：り混合気噴出速度、即
ち燃焼量の広い範囲で安定燃焼を実現することによって
ＴＤＲの拡大を図ることができる。

（３）炎口部における混合気噴出量を中央部で少なく構
成し、かつ二次空気を火炎に対し段階的々傾斜噴出供給
することにより、小さな二次空気噴出速度でも火炎中心
部の未燃成分への二次空気供給が実現され、コア領域の
消失を促進し短炎化が図れる。噴出速度の二乗に比例し
て送風圧が変化するだめ、小さな噴出速度によりファン
の小型化が実現できる。

（４）　　前述のイエロー域の後退により量論比の広い
範囲で安定燃焼を実現することができるので燃料流量に
対する一次および二次空気流量が変化しても安定燃焼を
維持できる。しだがって各流量制御の許容ばらつきが拡
大され容易に制御ができる。

８

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃４３’ｒ：裟置を示す全
体構成断面図、第２図は第１図の「収部断面図、第３図
ａは第２図の要部拡大断面図、第３１＊Ｉｂは従来例の
要部拡大断面図、第４図ａｉｌ一本発明の燃焼装置にお
ける炎口−１−の火炎温１毘分イＩＩ図、第４図すは従
来の火炎温度分布図、第６図に１：本発明ど従来例との
比較を示す燃焼特性図、第６図は本発明の他の実施例を
示す要部断面図、第Ｔ図ａ、ｂは従来例の断面図、第８
図は他の従来例の断面図、第９図はさらに他の従来例の
断面図である。 １・・・・・・ファン、６・・・・・バーナ、１１・・
・・・・炎口部、１２・・・・・水冷パイプ、１４・・
・・・・二次空気室、１了・・・・・傾斜部、１８・・
・・・・二次空気噴出１−１．１９・・・・・・水冷パ
イプ。 １い１人の氏名　弁理士　中　尾　敏　！／Ｊ　　／Ｗ
、か１名第３図 ／３ 区　　　（・・）’Ｊ−Ｊ７麿ｒイＹ 寸　　　　党 ミ　　ミ　　ミ　　゛ （）６ノ　ＩＪ−ｚ／　　　ｆ　　　　≧ｒ　　　Ｙ第
　５　図 １　　　　２　　　　３　　　　４ 量　鍮　尤　φ 第７図 ａ）　　　　　へ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　燃焼室と、前記燃焼室内に炎口部を臨捷せた
   バーす本体と、前記炎口部」―に形成される火炎に強制
   的に燃焼用空気を噴射供給する噴出口を前記燃焼室に臨
   寸せだ空気室を設け、前記炎口部の周辺部に、前記噴出
   口を段階状に設けた傾斜部を前記炎口部の方向に臨ませ
   た空気室を配設するとともに、前記炎口部の中央部には
   炎口冷却手段を設け、かつ前記炎口部からの噴出量を中
   央部で少なく、両端部で多く々るよう構成した燃焼装置
   。
2. （２）炎口部を凸状に成形し、凸秋部に水冷パイプを設
   けるとともに、混合気噴出方向を前記炎口部局辺方向に
   傾斜させ、傾斜部と対日させた特許請求の範囲第１項記
   載の燃焼装置。